(57)【要約】【課題】  本発明は、電子銃のカソード構造体、その製造方法および電子銃に関し、遮蔽部材側への熱放出を従来より大幅に低減することを目的とする。【解決手段】  加熱面の加熱により電子放出面から電子を放出するカソード部材を、前記カソード部材の外周から放出される電子を遮蔽する遮蔽部材の穴部に挿入してなる電子銃のカソード構造体において、前記遮蔽部材の穴部と前記カソード部材の外周との間に所定間隙を形成するとともに、前記遮蔽部材の穴部または前記カソード部材の外周に、前記カソード部材の外周または前記遮蔽部材の穴部に嵌合して前記カソード部材を前記遮蔽部材に保持する複数の嵌合突部を形成してなることを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱面の加熱により電子放出面から電子を放出するカソード部材を、前記カソード部材の外周から放出される電子を遮蔽する遮蔽部材の穴部に挿入してなる電子銃のカソード構造体において、
前記遮蔽部材の穴部と前記カソード部材の外周との間に所定間隙を形成するとともに、前記遮蔽部材の穴部または前記カソード部材の外周に、前記カソード部材の外周または前記遮蔽部材の穴部に嵌合して前記カソード部材を前記遮蔽部材に保持する複数の嵌合突部を形成してなることを特徴とする電子銃のカソード構造体。
【請求項２】
請求項１記載の電子銃のカソード構造体において、
前記カソード部材を、前記加熱面が形成される円柱状の大径部と前記電子放出面が形成される円柱状の小径部とで形成するとともに、前記遮蔽部材に、前記大径部が所定間隙を置いて配置される大径穴と前記小径部が所定間隙を置いて配置される小径穴とを形成し、
前記遮蔽部材の大径穴または前記カソード部材の大径部に、前記カソード部材の大径部または前記遮蔽部材の大径穴に嵌合して前記カソード部材を前記遮蔽部材に保持する複数の嵌合突部を形成し、前記大径部と小径部とを形成する段差面と前記小径穴と大径穴とを形成する段差面との間に、所定の間隙を形成するとともに、
前記カソード部材の前記電子放出面と前記遮蔽部材の前記電子放出面側の放出側端面とを同一平面上に位置させてなることを特徴とする電子銃のカソード構造体。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の電子銃のカソード構造体において、
前記カソード部材は、面方位が（１１１）面のタンタル単結晶からなり、前記遮蔽部材は、面方位が（１１０）面のタンタル単結晶からなることを特徴とする電子銃のカソード構造体。
【請求項４】
加熱面の加熱により電子放出面から電子を放出する円柱状のカソード部材を、前記カソード部材の外周部から放出される電子を遮蔽する遮蔽部材の円柱状の穴部に挿入し、前記遮蔽部材の前記穴部または前記カソード部材の外周から突出する複数の嵌合突部を、前記カソード部材の外周に形成され前記カソード部材の外径より小径の仮嵌合部または前記遮蔽部材の穴部に形成され前記穴部の内径より大径の仮嵌合部に嵌合して、前記カソード部材を前記遮蔽部材の穴部に保持する第１の組付工程と、
前記カソード部材の前記電子放出面と前記遮蔽部材の前記電子放出面側の放出側端面とを加工して前記電子放出面と前記放出側端面とを同一平面上に位置させる加工工程と、
前記カソード部材を前記遮蔽部材から分離し異物を除去する異物除去工程と、
前記嵌合突部を前記仮嵌合部以外の位置で前記カソード部材の大径部または前記遮蔽部材の大径穴に嵌合し、前記電子放出面と前記放出側端面とを同一平面上に位置させる第２の組付工程と、
を有することを特徴とする電子銃のカソード構造体の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の電子銃のカソード構造体の製造方法において、
前記加工工程における加工は、研磨加工であることを特徴とする電子銃のカソード構造体の製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の電子銃のカソード構造体を有することを特徴とする電子銃。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子銃のカソード構造体およびその製造方法に関する。また、電子線露光装置等に用いられる電子銃に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、より微細な半導体集積回路を露光できる電子線露光装置の開発が盛んに行なわれている。このような電子線露光装置では、露光領域が２５０μｍ程度と他の電子線描画装置と比べると非常に大きいため、フィールド内を均一に照明できるエミッタンスの高い電子銃が必要となる。
従来、このような電子銃として、例えば、特開平１０−２２３１６６号公報に開示されるものが知られている。
【０００３】
この電子銃では、カソード構造体が、加熱面の加熱により電子放出面から電子を放出するカソード部材と、カソード部材の外周部から放出される電子を遮蔽する遮蔽部材とから構成されている。そして、カソード部材の外側に遮蔽部材が密着されている。
【特許文献１】特開平１０−２２３１６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のカソード構造体では、カソード部材の外側に遮蔽部材を密着しているため、カソード部材の熱が遮蔽部材側に逃げるという問題があった。
本発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたもので、遮蔽部材側への熱放出を従来より大幅に低減することができる電子銃のカソード構造体およびその製造方法を提供することを目的とする。また、本発明のカソード構造体を用いた電子銃を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の電子銃のカソード構造体は、加熱面の加熱により電子放出面から電子を放出するカソード部材を、前記カソード部材の外周から放出される電子を遮蔽する遮蔽部材の穴部に挿入してなる電子銃のカソード構造体において、前記遮蔽部材の穴部と前記カソード部材の外周との間に所定間隙を形成するとともに、前記遮蔽部材の穴部または前記カソード部材の外周に、前記カソード部材の外周または前記遮蔽部材の穴部に嵌合して前記カソード部材を前記遮蔽部材に保持する複数の嵌合突部を形成してなることを特徴とする。
【０００６】
請求項２の電子銃のカソード構造体は、請求項１記載の電子銃のカソード構造体において、前記カソード部材を、前記加熱面が形成される円柱状の大径部と前記電子放出面が形成される円柱状の小径部とで形成するとともに、前記遮蔽部材に、前記大径部が所定間隙を置いて配置される大径穴と前記小径部が所定間隙を置いて配置される小径穴とを形成し、前記遮蔽部材の大径穴または前記カソード部材の大径部に、前記カソード部材の大径部または前記遮蔽部材の大径穴に嵌合して前記カソード部材を前記遮蔽部材に保持する複数の嵌合突部を形成し、前記大径部と小径部とを形成する段差面と前記小径穴と大径穴とを形成する段差面との間に、所定の間隙を形成するとともに、前記カソード部材の前記電子放出面と前記遮蔽部材の前記電子放出面側の放出側端面とを同一平面上に位置させてなることを特徴とする。
【０００７】
請求項３の電子銃のカソード構造体は、請求項１または請求項２記載の電子銃のカソード構造体において、前記カソード部材は、面方位が（１１１）面のタンタル単結晶からなり、前記遮蔽部材は、面方位が（１１０）面のタンタル単結晶からなることを特徴とする。
請求項４の電子銃のカソード構造体の製造方法は、加熱面の加熱により電子放出面から電子を放出する円柱状のカソード部材を、前記カソード部材の外周部から放出される電子を遮蔽する遮蔽部材の円柱状の穴部に挿入し、前記遮蔽部材の前記穴部または前記カソード部材の外周から突出する複数の嵌合突部を、前記カソード部材の外周に形成され前記カソード部材の外径より小径の仮嵌合部または前記遮蔽部材の穴部に形成され前記穴部の内径より大径の仮嵌合部に嵌合して、前記カソード部材を前記遮蔽部材の穴部に保持する第１の組付工程と、前記カソード部材の前記電子放出面と前記遮蔽部材の前記電子放出面側の放出側端面とを加工して前記電子放出面と前記放出側端面とを同一平面上に位置させる加工工程と、前記カソード部材を前記遮蔽部材から分離し異物を除去する異物除去工程と、前記嵌合突部を前記仮嵌合部以外の位置で前記カソード部材の大径部または前記遮蔽部材の大径穴に嵌合し、前記電子放出面と前記放出側端面とを同一平面上に位置させる第２の組付工程とを有することを特徴とする。
【０００８】
請求項５の電子銃のカソード構造体の製造方法は、請求項４記載の電子銃のカソード構造体の製造方法において、前記加工工程における加工は、研磨加工であることを特徴とする。
請求項６の電子銃は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の電子銃のカソード構造体を有することを特徴とする電子銃。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電子銃のカソード構造体では、複数の嵌合突部によりカソード部材を遮蔽部材に保持し、カソード部材と遮蔽部材との間に所定の間隙を形成したので、カソード部材と遮蔽部材との接触面積が小さくなり、遮蔽部材側への熱放出を従来より大幅に低減することができる。
また、本発明の電子銃のカソード構造体の製造方法では、第１の組付工程において、嵌合突部を仮嵌合部に嵌合してカソード部材を遮蔽部材に保持し、第２の組付工程において、嵌合突部を仮嵌合部以外の位置で嵌合してカソード部材を遮蔽部材に保持するようにしたので、嵌合突部によりカソード部材を遮蔽部材に確実に保持することができる。
【００１０】
そして、本発明の電子銃では、カソード部材から遮蔽部材側への熱放出が少なくなるため、高性能の電子銃を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
(第１の実施形態)
図１および図２は、本発明の電子銃のカソード構造体の第１の実施形態を示している。
このカソード構造体は、カソード部材１１と遮蔽部材１３とを有している。
カソード部材１１は、図２に示すように、電子放出面１１ｂの面方位が（１１１）面のタンタル単結晶からなり、遮蔽部材１３は、放出側端面１３ｅの面方位が（１１０）面のタンタル単結晶からなる。
【００１２】
カソード部材１１の一面には、図２に示すように、加熱面１１ａが形成され、他面には、加熱面１１ａの加熱により電子を放出する電子放出面１１ｂが形成されている。
遮蔽部材１３は、カソード部材１１を囲んで配置されており、カソード部材１１の外周から放出される電子を遮蔽する。
この実施形態では、カソード部材１１は、加熱面１１ａが形成される円柱状の大径部１１ｃ(例えば直径８ｍｍ)と、電子放出面１１ｂが形成される円柱状の小径部１１ｄ(例えば直径４ｍｍ)とを有している。そして、大径部１１ｃの小径部１１ｄ側に平面状のカソード部材側段差面１１ｅが形成されている。
【００１３】
また、遮蔽部材１３は、カソード部材１１の大径部１１ｃが、例えば、２０〜３０μｍ程度の所定間隙を置いて配置される大径穴１３ａと、カソード部材１１の小径部１１ｄが、例えば、２０〜３０μｍ程度の所定間隙を置いて配置される小径穴１３ｂとを有している。そして、大径穴１３ａの小径穴１３ｂ側に平面状の遮蔽部材側段差面１３ｃが形成されている。
【００１４】
カソード部材側段差面１１ｅと遮蔽部材側段差面１３ｃとは、例えば、１００〜２００μｍ程度の所定間隙を置いて対向して配置されている。
そして、この実施形態では、図１に示すように、遮蔽部材１３の大径穴１３ａには、９０度の角度を置いて４カ所に嵌合突部１３ｄが形成されている。
また、カソード部材１１の外周には、カソード部材１１の外径より小径の仮嵌合部１１ｆが形成されている。この実施形態では、カソード部材１１の外周に、例えば、１０〜２０μｍの微小凹部を形成することにより仮嵌合部１１ｆが形成されている。この仮嵌合部１１ｆは、嵌合突部１３ｄに対応して嵌合突部１３ｄが嵌合可能に形成され、後述する第１の組付工程において、カソード部材１１を遮蔽部材１３に保持するために使用される。
【００１５】
そして、この実施形態では、図１に示すように、遮蔽部材１３の嵌合突部１３ｄが、カソード部材１１の仮嵌合部１１ｆ以外の位置でカソード部材１１の大径部１１ｃに嵌合され、カソード部材１１が遮蔽部材１３に保持されている。また、図２に示すように、カソード部材１１の電子放出面１１ｂと遮蔽部材１３の電子放出面１１ｂ側の放出側端面１３ｅとが、例えば、０〜５μｍ程度だけ電子放出面１１ｂが突出する精度で同一平面上に位置されている。
【００１６】
上述した電子銃のカソード構造体は、本発明の電子銃のカソード構造体の製造方法の一実施形態により以下述べるようにして製造される。
この実施形態の製造方法は、第１の組付工程、加工工程、異物除去工程および第２の組付工程を有している。
先ず、第１の組付工程では、図３に示すように、カソード部材１１を遮蔽部材１３に組み付ける。この組み付けは、遮蔽部材１３の嵌合突部１３ｄを、カソード部材１１の外周に形成される仮嵌合部１１ｆに多少の圧入状態で嵌合することにより行われる。この嵌合により、カソード部材１１が遮蔽部材１３に保持される。そして、この状態では、遮蔽部材１３の大径穴１３ａとカソード部材１１の大径部１１ｃとの間、遮蔽部材１３の小径穴１３ｂとカソード部材１１の小径部１１ｄとの間、および、カソード部材側段差面１１ｅと遮蔽部材側段差面１３ｃとの間に、それぞれ所定間隙が形成される。
【００１７】
次に、加工工程では、カソード部材１１の電子放出面１１ｂと遮蔽部材１３の電子放出面１１ｂ側の放出側端面１３ｅとを同時に研磨加工する。この研磨加工により、電子放出面１１ｂと放出側端面１３ｅとが同一平面上に位置される。なお、この実施形態では、カソード部材１１の加熱面１１ａと遮蔽部材１３の加熱面１１ａ側の端面１３ｆ(図３の(ｂ)に示す)とが研磨加工され、基準面として同一平面上に位置される。
【００１８】
次に、異物除去工程では、カソード部材１１を遮蔽部材１３から分離し異物を除去する。
すなわち、上述した加工工程では、研磨加工で用いる遊離砥粒や研磨屑などの異物が、遮蔽部材１３とカソード部材１１との隙間に入り込んでしまうが、これ等の異物は超音波洗浄等の手段を用いても完全に取り去ることが困難である。従って、このような異物を除去するために、カソード部材１１を遮蔽部材１３から分離し、洗浄等により異物を除去する。
【００１９】
次に、第２の組付工程では、図１に示したように、遮蔽部材１３の嵌合突部１３ｄを仮嵌合部１１ｆ以外の位置でカソード部材１１の大径部１１ｃに嵌合し、電子放出面１１ｂと放出側端面１３ｅとを同一平面上に位置させる。
すなわち、上述した異物除去工程において洗浄のために遮蔽部材１３とカソード部材１１とを分解すると、嵌合突部１３ｄと仮嵌合部１１ｆとの接触部がそれぞれ磨耗し、嵌合突部１３ｄと仮嵌合部１１ｆとの嵌め合いが緩む。そして、再度嵌め合わせても、その後の取り扱いによる振動や衝撃等により、電子放出面１１ｂと放出側端面１３ｅとの段差が大きくなる。従って、この実施形態では、遮蔽部材１３の嵌合突部１３ｄを仮嵌合部１１ｆ以外の位置でカソード部材１１の大径部１１ｃに嵌合する。そして、これにより、嵌合突部１３ｄと仮嵌合部１１ｆとの嵌め合いが緩むことが回避される。なお、この実施形態では、上述した加工工程で研磨加工されたカソード部材１１の加熱面１１ａと遮蔽部材１３の加熱面１１ａ側の端面１３ｆとを基準面として組み立てるので、電子放出面１１ｂと放出側端面１３ｅとが、例えば０〜５μｍ程度だけ電子放出面１１ｂが突出する精度で同一平面上に位置される。
【００２０】
この実施形態の電子銃のカソード構造体では、複数の嵌合突部１３ｄによりカソード部材１１を遮蔽部材１３に保持し、カソード部材１１と遮蔽部材１３との間に所定の間隙を形成したので、カソード部材１１と遮蔽部材１３との接触面積が小さくなり、遮蔽部材１３側への熱放出を従来より大幅に低減することができる。
また、この実施形態の電子銃のカソード構造体の製造方法では、第１の組付工程において、嵌合突部１３ｄを仮嵌合部１１ｆに嵌合してカソード部材１１を遮蔽部材１３に保持し、第２の組付工程において、嵌合突部１３ｄを仮嵌合部１１ｆ以外の位置で嵌合してカソード部材１１を遮蔽部材１３に保持するようにしたので、嵌合突部１３ｄによりカソード部材１１を遮蔽部材１３に確実に保持することができる。
【００２１】
そして、上述した実施形態の電子銃のカソード構造体では、カソード部材１１を、面方位が（１１１）面のタンタル単結晶により形成し、遮蔽部材１３を、面方位が（１１０）面のタンタル単結晶により形成したので、フィールド内を均一に照明できるエミッタンスの高い電子銃を得ることができる。
すなわち、従来、エミッタンスの高い電子銃を得るために、直径の大きなタンタル単結晶を電子のボンバードメントにより加熱する技術が提案されている。この技術では、直径４ｍｍのタンタル単結晶の（１１１）面を研磨し、その加熱面１１ａを加熱することで電子放出面１１ｂから熱電子を放出させる。タンタル単結晶の（１１１）面の仕事関数は、４．０５ｅＶと低く、熱電子を放出しやすい。
【００２２】
しかしながら、直径４ｍｍのタンタル単結晶（１１１）のみでカソード構造体を構成すると、その側面からも相当量の電子が放出され、アパーチャ等に余計な熱負荷を与えてしまうことになる。そこで、上述した実施形態のように、タンタル単結晶（１１１）の外側を仕事関数が４．８ｅＶと高いタンタル単結晶（１１０）で覆ってしまえば、余計な電子は放出されないし、両者の接触面積を極力小さくすれば大きく熱が逃げることもないので、カソード構造体の電子放出面１１ｂの高い温度一様性を達成できる。
【００２３】
また、タンタル単結晶（１１１）の電子放出面１１ｂとタンタル単結晶（１１０）の放出側端面１３ｅとの段差が大きいと、直径４ｍｍ付近の静電場を歪め、この部分からの放出電子の軌道を外側に曲げてしまい、照明一様性に悪影響を与える。そこで、上述した実施形態のように、この部分の段差を１０μｍ以下、好ましくは、０〜５μｍに抑えることにより、放出電子の軌道が外側に曲げられることを防止することができる。
【００２４】
そして、この実施形態では、カソード部材１１および遮蔽部材１３をタンタル単結晶により形成したので、カソード部材１１と遮蔽部材１３の熱膨張係数が同じになり、照明一様性をより向上することができる。
(第２の実施形態)
図４は、本発明の電子銃のカソード構造体の第２の実施形態を示している。
【００２５】
なお、この実施形態において第１の実施形態と同一の部材には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
この実施形態では、カソード部材１１の外周には、９０度の角度を置いて４カ所に嵌合突部１１ｈが形成されている。
また、遮蔽部材１３の大径穴１３ａには、大径穴１３ａより大径の仮嵌合部１３ｈが形成されている。この実施形態では、遮蔽部材１３の大径穴１３ａに、例えば、１０〜２０μｍの微小凹部を形成することにより仮嵌合部１３ｈが形成されている。この仮嵌合部１３ｈは、嵌合突部１１ｈに対応して嵌合突部１１ｈが嵌合可能に形成されている。そして、この仮嵌合部１３ｈは、第１の実施形態と同様に、第１の組付工程において、カソード部材１１を遮蔽部材１３に保持するために使用される。
【００２６】
この実施形態においても第１の実施形態と略同様の効果を得ることができる。
なお、上述した第１および第２の実施形態では、嵌合突部１３ｄ，１１ｈおよび仮嵌合部１１ｆ，１３ｈを４カ所に形成した例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、３カ所以上であれば良い。
また、上述した第１および第２の実施形態では、仮嵌合部１１ｆ，１３ｈを微小凹部により形成した例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、例えば、単に平面的に切り欠いて形成しても良い。
【００２７】
そして、上述した第１および第２の実施形態では、カソード構造体にタンタル単結晶を用いた例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、例えば、タングステン，モリブデン等を用いても良い。
(電子銃の実施形態)
図５は、本発明の電子銃の一実施形態を示している。
【００２８】
この実施形態の電子銃は、図１および図２に示したカソード構造体２１、ウェネルト２３、アノード２５，２７，２９およびガンアパーチャ３１を有している。
この実施形態の電子銃では、カソード構造体２１の電子放出面１１ｂから放出された一次電子線は、ウェネルト２３に印加された負の抑圧電圧による影響で、ウェネルト２３と第１アノード２５の間付近で絞られて、第１クロスオーバー３３が形成される。そして、第２アノード２７および第３アノード２９の電圧を調整することにより、再び一次電子線が絞られてできる第２クロスオーバー３５の位置がガンアパーチャ３１の位置に調整される。
【００２９】
この実施形態の電子銃では、カソード部材１１から遮蔽部材１３側への熱放出が少なくなるため、高性能の電子銃を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の電子銃のカソード構造体の第１の実施形態を示す上面図である。
【図２】図１の電子銃のカソード構造体を示す断面図である。
【図３】図１の電子銃のカソード構造体の製造方法を示す説明図である。
【図４】本発明の電子銃のカソード構造体の第２の実施形態を示す説明図である。
【図５】本発明の電子銃の一実施形態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１１  カソード部材
１１ａ  加熱面
１１ｂ  電子放出面
１１ｃ  大径部
１１ｄ  小径部
１１ｅ  カソード部材側段差面
１１ｆ，１３ｈ  仮嵌合部
１３  遮蔽部材
１３ａ  大径穴
１３ｂ  小径穴
１３ｃ  遮蔽部材側段差面
１３ｄ，１１ｈ  嵌合突部
１３ｅ  放出側端面
【図１】
2006012530.tif 000003
【図２】
2006012530.tif 000004
【図３】
2006012530.tif 000005
【図４】
2006012530.tif 000006
【図５】
2006012530.tif 000007